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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Antikörper, die für ein Attaching-and-Effacing-Escherichia
coli (AEEC)-Virulenz-assoziiertes
Protein immunologisch spezifisch sind, und deren Verwendung bei
der Verhinderung bzw. Vorbeugung einer AEEC-Infektion bei einem Säuger.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Escherichia
coli hängt
mit einer großen
Vielfalt von Darmerkrankungen bei Menschen und bei Tieren zusammen.
Manche pathogenen E. coli produzieren Attaching-and-Effacing (A/E)-Läsionen,
die durch eine enge bakterielle Adhärenz an Enterocyten und Zerstörung bzw.
Aufbrechen des zugrunde liegenden Cytoskeletts gekennzeichnet sind.
Derartige Isolate sind als A/E-E. coli (AEEC) bezeichnet worden.
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Berichte
haben gezeigt, dass A/E-Läsionen
charakteristisch sind für
enterische Pathogene von Menschen, wie z.B. enteropathogene E. coli
(EPEC), die für
schwere Diarrhoe im Kindesalter in den Entwicklungsländern verantwortlich
sind, und enterohämorrhagische
E. coli (EHEC), die hämorrhagische
Colitis und hämolytisch-urämisches
Syndrom (HUS) verursachen.
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A/E-Läsionen werden
auch mit Diarrhoe bei verschiedenen Tierarten, wie z.B. Kaninchen,
Kälbern, Hunden,
Katzen, Lämmern
und Schweinen, assoziiert.
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A/E-Läsionen resultieren
aus der engen bakteriellen Adhärenz
an die apikale Oberfläche
der Enterocyten und der Aktivierung mehrerer chromosomaler Genprodukte,
die mit Komponenten der Wirtszelle Wechsel wirken. Derartige Genprodukte
werden im Allgemeinen AEEC-Virulenz-assoziierte Proteine ("AEEC virulence-associated
proteins") genannt.
Beispiele für
diese Virulenz-assoziierten Proteine sind das Intimin (Eae) und
die sekretierten Proteine Tir (translozierter Intimin-Rezeptor),
EspA, EspD und EspB.
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Gegenwärtig ist
die einzige Herangehensweise zur Kontrolle und Behandlung AEEC-assoziierter
Erkrankungen die Verwendung von Antibiotika, eine Herangehensweise,
die aufgrund von Problemen mit bakterieller Resistenz und Antibiotikarückständen immer
weniger wünschenswert
wird. Deshalb muss nach alternativen Ansätzen zum Kontrollieren von
Diarrhoe nach dem Abstillen gesucht werden.
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Alternativ
schlägt
eine andere im Fachgebiet bekannte Herangehensweise die Verwendung
von AEEC-Virulenz-assoziierten Proteinen als Antigene beim Immunisieren
eines Tieres vor, um eine Antikörperproduktion
gegen das zugehörige
Pathogen bzw. den zugehörigen
Krankheitserreger zu stimulieren. Jedoch ist kein Anhaltspunkt für die Wirksamkeit
dieses Ansatzes zum Verhindern einer AEEC-Infektion bei einem Säuger gezeigt
worden. Beispiele einer solchen alternativen Herangehensweise sind
im US-Patent 6,204,004 und in den Internationalen Patentanmeldungen
WO 99/41614; WO 97/40063 und WO 99/24576 gezeigt.
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Im
Fachgebiet ist auch die Verwendung von avianen Antikörpern (IgY)
in der passiven Immunisierung bekannt. Zum Beispiel offenbart die
WO 00/52055 die Verwendung spezifischer Eidotter-IgY-Antikörper für die Immuntherapie bei der
Tierzüchtung
und Tierproduktion. Sie offenbart auch die Verwendung von IgY-Antikörpern in
Kits für
Diagnostika.
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Das
US-Patent 5,932,250 betrifft die Behandlung von Gefäßerkrankungen,
insbesondere Arteriosklerose und Atherosklerose bei warmblütigen Tieren.
Spezifischer offenbart dieses US-Patent
Verfahren zum Kontrollieren von Cholesterinspiegeln, Lipidablagerungen
und der Entwicklung von atheromatösen Läsionen in warmblütigen Tieren
durch die Ingestion bzw. Aufnahme von Eiprodukten, die IgY-Antikörper, erzeugt
gegen Escherichia coli-Proteine, enthalten.
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Das
US-Patent 6,162,441 offenbart ein Verfahren zum Produzieren von
Anti-E. coli-0157-IgY-Antikörpern
in Eier-legenden Hennen.
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Das
Problem bei WO 00/52055,
US 5,932,250 und
US 6,162,441 ist, dass die
in vivo-Wirksamkeit des produzierten IgY nicht gezeigt worden ist.
Tatsächlich
enthält
keine von diesen einen Beweis hinsichtlich der Durchführbarkeit
einer Herangehensweise, die in der Verabreichung eines Antikörpers, der
für ein
AEEC-Virulenz-assoziiertes Protein immunologisch spezifisch ist,
an einen Säuger,
um eine(r) intestinale(n) AEEC-Infektion
in vivo zu verhindern bzw. vorzubeugen, besteht. Deshalb gibt es
weiterhin einen Bedarf an Antikörpern, Eiprodukten
und Verfahren zur Verhinderung bzw. Vorbeugung oder Behandlung von
AEEC-vermittelten Erkrankungen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf IgY-Antikörper, immunologisch spezifisch
für ein
Attaching-and-Effacing-Escherichia
coli (AEEC)-Virulenz-assoziiertes Protein, wie in Anspruch 1 definiert,
und deren Verwendung bei der Verhinderung bzw. Vorbeugung einer
AEEC-Infektion bei einem Säuger.
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Der
genannte IgY-Antikörper
ist dazu fähig,
eine intestinale AEEC-Infektion in vivo zu verhindern, wenn er einem
Säuger
verabreicht wird.
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Der
Antikörper
der Erfindung ist gegenüber
gastro-intestinaler Verdauung beständig.
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Der
Antikörper
der Erfindung ist vorzugsweise dazu fähig, die Adhäsion der
AEEC an das Intestinum des Säugers
zu verhindern. Noch bevorzugter ist der Antikörper der Erfindung dazu fähig, die
Entwicklung von intestinalen Attaching-and-Effacing-(A/E)-Läsionen, die mit den AEEC zusammenhängen, zu
verhindern. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung wird insbesondere
durch Verwendung von Antikörpern
erreicht, die immunologisch für
ein oder mehrere AEEC-Virulenz-assoziierte Proteine, wie z.B. Eae,
Tir, EspA und Paa, spezifisch sind.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Geflügelei und
einen isolierten Dotter eines derartigen Eis, enthalten einen Antikörper, wie
er hierin zuvor definiert wurde.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung,
die ein(en) biologisch verträglichen/verträgliches
Träger
oder Vehikel und einen Antikörper,
wie er oben stehend definiert wurde, ein Geflügelei, wie es oben stehend
definiert wurde, und/oder dessen isolierten Dotter, wie er oben
stehend definiert wurde, umfasst.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung einen Lebensmittelzusatz,
der einen Antikörper,
wie er oben stehend definiert wurde, ein Geflügelei, wie es oben stehend
definiert wurde, eine Dotterfraktion, wie sie oben stehend definiert
wurde, und/oder eine Zusammensetzung, wie sie oben stehend definiert
wurde, umfasst.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Erhalten eines Antikörpers,
wie er hierin oben stehend definiert wurde, wobei das Verfahren
die Stufen:
- a) aktives Immunisieren einer Geflügelhenne,
um die Produktion von Antikörpern
in einem Ei der Henne auszulösen;
und
- b) Gewinnen der Antikörper
aus dem Ei
umfasst.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt wird ein Verfahren zur Verhinderung bzw.
Vorbeugung einer Attaching-and-Effacing-Escherichia coli (AEEC)-Infektion bei
einem Säuger
offenbart. Das Verfahren umfasst die Stufe des oralen Verabreichens
eines Antikörpers,
wie er oben stehend definiert wurde, eines Geflügeleis, wie es oben stehend
definiert wurde, und/oder eines isolierten Dotters, wie er oben
stehend definiert wurde, an den Säuger.
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Ein
Hauptvorteil der Erfindung ist, dass sie Antikörper, Produkte und Zusammensetzungen
bereitstellt, die zur Verhinderung bzw. Vorbeugung einer AEEC-Infektion
bei einem Säuger
verwendbar und wirksam sind.
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Insbesondere
ist es ferner ein Vorteil, dass die Antikörper, Produkte, Zusammensetzungen
der Erfindung, die Entwicklung von intestinalen A/E-Läsionen,
die mit den AEEC zusammenhängen,
spezifisch verhindern.
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Andere
Gegenstände
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden nicht-beschränkenden
Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen, die unter Bezug
auf die begleitenden Figuren erstellt wurde, offensichtlich sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
ein Balkendiagramm, das zeigt, dass AEEC-Stämme, die von Kaninchen, Schwein,
Hund, Rind und Mensch stammen (einschließlich Non-0157-EHEC und EPEC)
und die Eae der α-, β-, δ- oder ε-Subtypen
produzieren, A/E-Läsionen
gleichermaßen
gut an Ileumexplantaten aus neugeborenen Schweinen induzierten.
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2 ist
ein Balkendiagramm, das zeigt, dass ein Ersatz des Eae des γ-Subtyps
durch das Eae des α-Subtyps
in einem 0157:H7-Stamm in der Induktion von A/E-Läsionen in
einem ähnlichen
Ausmaß resultierte, wie
es für
den homologen porcinen AEEC-Stamm beobachtet wurde.
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3 ist
ein Balkendiagramm, das zeigt, dass erfindungsgemäße Antikörper dazu
fähig sind,
die Entwicklung von durch den homologen Stamm 1390 verursachten
A/E-Läsionen
in Ileumexplantaten signifikant zu blockieren.
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4 ist
ein Balkendiagramm, das zeigt, dass erfindungsgemäße Antikörper dazu
fähig sind,
die Entwicklung von durch verschiedene Kalb-AEEC-Stämme verursachte
Entwicklung von A/E-Läsionen
in Ileumexplantaten signifikant zu blockieren.
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5 und 6 sind
Balkendiagramme, die zeigen, dass erfindungsgemäße Antikörper dazu fähig sind, die Entwicklung von
durch verschiedene humane AEEC-Stämme verursachten A/E-Läsionen in Ileumexplantaten
signifikant zu blockieren.
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7 ist
ein Balkendiagramm, das zeigt, dass erfindungsgemäße Antikörper dazu
fähig sind,
die Entwicklung von durch verschiedene EPEC-Stämme verursachten A/E-Läsion in
Ileumexplantaten signifikant zu blockieren.
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8A und 8B sind
Balkendiagramme, die zeigen, dass eine orale Verabreichung von Eidotter-Antikörpern gemäß der Erfindung
die Entwicklung von A/E-Läsionen
im Caecum und Colon von Ferkeln, die mit einem homologen porcinen
AEEC-Stamm produziert wurden, signifikant inhibiert.
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9A und 9B sind
Balkendiagramme, die zeigen, dass eine orale Verabreichung von Eidotter-Antikörpern gemäß der Erfindung
die Entwicklung von A/E-Läsionen
im Caecum und Colon von Ferkeln, die mit einem 0157:H7-AEEC-Stamm
produziert wurden, inhibiert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie
zuvor erwähnt,
betrifft die vorliegende Offenbarung einen im Gegensatz zu Antibiotika
neuen alternativen Ansatz zur Verhinderung bzw. Vorbeugung einer
AEEC-Infektion bei einem Säuger.
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Genauer
betrifft die vorliegende Offenbarung Antikörper, die immunologisch für ein AEEC-Virulenz-assoziiertes
Protein spezifisch sind, wobei diese Antikörper dazu fähig sind, eine(r) intestinale(n)
AEEC-Infektion in vivo zu verhindern bzw. vorzubeugen, wenn sie
in einem Säuger
verabreicht werden. Spezieller sind die Antikörper der Offenbarung dazu fähig, die
Adhäsion
der AEEC an das Intestinum des Säugers
zu verhindern und, noch bevorzugter, verhindern sie die Entwicklung
von intestinalen A/E-Läsionen,
die mit den AEEC zusammenhängen.
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Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "verhindern" (bzw. "vorbeugen") auf einen Vorgang, durch den die AEEC-Infektion aufgehalten
oder verzögert
wird.
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Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Säuger" auf einen beliebigen
Säuger,
bei dem die Möglichkeit
besteht, von AEEC infiziert zu sein. Zu den Säugern, die dafür bekannt
sind, dass sie potentiell durch AEEC infiziert sind, zählen Menschen,
Schweine, Rinder, Schafe, Ziegen, Kaninchen, Hunde und Katzen. Es wird
für einen
Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass die Antikörper der
Erfindung immunologisch spezifisch sein sollen gegenüber Virulenzproteinen,
die aus einer Vielzahl an AEEC-Stämmen, die intestinale Läsionen verursachen,
isoliert werden, wie z.B. jene der enteropathogenen E. coli (EPEC)
und enterohämorrhagischen
E. coli (E-HEC).
Einige Beispiele für
EPEC- und EHEC-Stämme
sind in Tabelle I gezeigt.
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Hinsichtlich
der Antikörper
der Erfindung bezieht sich der Begriff "immunologisch spezifisch" auf Antikörper, die
mit einer relativen hohen Affinität an ein oder mehrere Epitope
eines Proteins von Interesse binden, aber die andere Moleküle außer dem/denen
von Interesse nicht in wesentlicher Weise erkennen und daran binden.
Wie hierin verwendet, umfasst/umfassen "Antikörper" alle der nachstehend genannten Möglichkeiten: Antikörper oder
Fragmente davon, erhalten durch Reinigung, proteolytische Behandlung
oder durch Gentechnologie, künstliche
Konstrukte, die Antikörper
oder Fragmente davon umfassen, und künstliche Konstrukte, die dafür gedacht
sind, die Bindung von Antikörpern
oder Fragmenten davon nachzuahmen. Derartige Antikörper werden
in Colcher et al. (Q. J. Nucl. Med. 1998; 42:225–241) diskutiert. Sie umfassen
vollständige
Antikörper, F(ab')2-Fragmente,
Fab-Fragmente, Fv-Fragmente,
scFv-Fragmente, oder andere Fragmente, CDR-Peptide und -Mimetika.
Diese können
von Fachleuten leicht erhalten und hergestellt werden. Zum Beispiel
kann ein Enzymverdau verwendet werden, um F(ab')2- und Fab-Fragmente
zu erhalten, und zwar indem ein IgG-Molekül einer Pepsin- bzw. Papain- Spaltung unterworfen
wird. Von der vorliegenden Erfindung sind auch rekombinante Antikörper abgedeckt.
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Alternativ
kann der Antikörper
der Erfindung ein Antikörperderivat
sein. Ein derartiger Antikörper
kann eine Antigenbindende Region umfassen, die mit einer Nicht-Immunglobulinregion
verknüpft
ist oder nicht. Die Antigen-bindende Region ist eine variable Domäne einer
leichten Kette eines Antikörpers
oder eine variable Domäne
einer schweren Kette. Typischerweise umfasst der Antikörper variable
Domänen
sowohl der leichten als auch der schweren Kette, die in Konstrukte
insertiert werden können,
z.B. Einzelketten-Fv (scFv)-Fragmente, Disulfid-stabilisierte Fv
(dsFv)-Fragmente, multimere scFv-Fragmente, Diabodies, Minibodies
oder andere damit verwandte Formen (Colcher et al., Q. J. Nucl.
Med. 1998; 42:225–241).
Ein derartiger derivatisierter Antikörper kann manchmal bevorzugt
sein, da ihm der Fc-Teil des natürlichen
Antikörpers
fehlt, der an etliche Effektoren des Immunsystems binden und eine
Immunreaktion hervorrufen kann, wenn er einem Menschen oder Tier
verabreicht wird. Tatsächlich
führen
derivatisierte Antikörper
normalerweise nicht zu Immunkomplex-Erkrankung und Komplementaktivierung
(Typ III-Überempfindlichkeitsreaktion).
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Alternativ
wird eine Nicht-Immunglobulinregion mit der Antigen-bindenden Region
des Antikörpers
der Erfindung fusioniert. Die Nicht-Immunglobulinregion ist typischerweise
eine Nicht-Immunglobulingruppierung und kann ein Enzym, eine Region,
die von einem Protein, das eine bekannte Bindungsspezifität hat, abgeleitet ist,
eine Region, die von einem Proteintoxin oder tatsächlich von
einem beliebigen Protein, das von einem Gen exprimiert wird, abgeleitet
ist, oder eine chemische Gruppierung sein, die (eine) inhibitorische
oder blockierende Aktivität(en)
gegen die AEEC-Virulenz-assoziierten Proteine zeigt, sein. Die zwei
Regionen dieses modifizierten Antikörpers können über eine spaltbare oder permanente
Linkersequenz verbunden sein.
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Da
die AEEC-Infektion im Allgemeinen im Intestinaltrakt lokalisiert
ist, ist es in hohem Maße
bevorzugt, dass die Antikörper
der Offenbarung gegenüber
gastro-intestinaler Verdauung beständig sind. Wie hierin verwendet,
bezieht sich der Begriff "beständig" auf einen Antikörper, der
seine immunologische Funktion selbst nachdem er mit Magensäuren in
Kontakt war, für
eine Zeitdauer im Wesentlichen beibehält, die nötig ist, um eine AEEC-Infektion
in vivo zu verhindern. Der Antikörper
der Erfindung ist ein avianes Immunglobulin, wie z.B. IgY. Es ist
in der Tat gut bekannt, dass IgY-Antikörper eine große Säure- und
Hitzebeständigkeit
zeigen. Der Antikörper
der Offenbarung kann auch ein humanes oder tierisches Immunglobulin,
wie z.B. IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgM, IgA, IgE oder IgD, sein, das
variable Ratten- oder Mausregionen (chimär) oder CDRs (humanisiert oder "animalisiert") trägt. Jedoch
ist die Offenbarung nicht auf IgY-Antikörper beschränkt, da es denkbar ist, dass
die Beständigkeitskapazität des Antikörpers, wenn
sie fehlt, durch Gentechnologie oder auf eine andere Weise, die
einem Fachmann bekannt ist, bereitgestellt oder erhöht werden
kann. Ferner kann der Antikörper der
Erfindung auch mit einem beliebigen geeigneten Träger, der
einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, konjugiert werden, um
seine Beständigkeit
gegenüber
Magensäuren
zu erhöhen
oder um, beispielsweise, eine spezifische Abgabe und verlängerte Retention
des Antikörpers,
entweder in einem targetierten begrenzten Gebiet, wie z.B. dem Intestinum,
oder für
eine systemische Anwendung bereitzustellen.
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Wie
oben erwähnt,
ist der Antikörper
der Offenbarung gegenüber
einem oder mehreren AEEC-Virulenz-assoziierten Proteinen immunologisch
spezifisch. Die bevorzugten AEEC-Virulenz-assoziierten Proteine, die für die Erfindung
in Betracht ge zogen werden, sind Eae, Tir, EspA, Paa und immunologische
Derivate davon. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "immunologisches Derivat" auf ein Protein/Peptid,
das eine immunologische Aktivität
besitzt, die im Wesentlichen zu der immunologischen Aktivität des gesamten
Proteins/Peptids ähnlich
ist, und eine derartige immunologische Aktivität bezieht sich auf die Fähigkeit
bzw. Kapazität
des Stimulierens der Produktion von Antikörpern, die gegenüber einem
AEEC-Virulenz-assoziierten
Protein oder Derivat davon immunologisch spezifisch sind. Der Begriff "immunologisches Derivat" umfasst deshalb "Fragmente", "Abschnitte", "Varianten" oder "Analoga" eines Proteins/Peptids.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet IgY-Antikörper, da, wie oben stehend
erwähnt,
sie vorteilhafterweise Magensäurebeständigkeit
zeigen. Ferner haben IgY-Antikörper
den Vorteil, dass sie mit Säuger-Komplement,
-Fc-Rezeptor, -Protein A oder -Protein G nicht reagieren. Außerdem können IgY-Antikörper in
Eiern produziert werden und ihre Extraktion aus Eidottern kann in
einem großen
Maßstab
ohne teure Investitionen durchgeführt werden.
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In
diesem Zusammenhang und gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt ist die vorliegende Erfindung auch auf ein
Verfahren zum Erhalten des oben erwähnten Antikörpers, der für ein AEEC-Virulenz-assoziiertes Protein
immunologisch spezifisch ist, gerichtet. Obgleich viele auf dem
Fachgebiet bekannte Verfahren zum Erhalten der von den Erfindern
betrachteten Antikörpern
geeignet sein können,
ist es bevorzugt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung
die Stufen a) aktives Immunisieren einer Geflügelhenne, um die Produktion von
Antikörpern
in einem Ei der Henne auszulösen;
und b) Gewinnen der Antikörper
aus dem Ei umfasst. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird verstehen,
dass die Immunisierungsstufe durch gut bekannte Verfahren erreicht
wird. Zum Beispiel kann das AEEC- Virulenzprotein
parenteral, z.B. intravenös,
intramuskulär,
subkutan, gegeben werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der
Begriff "Geflügel" auf beliebige Vögel, die
dazu fähig sind,
immunisiert zu werden. Unter diesem ist das gewöhnliche domestisierte Huhn
bevorzugt. Das Verfahren der Erfindung kann auch eine Stufe des
Verabreichens wenigstens eines Boosters der Proteine zum Aufrechterhalten
eines hyperimmunen Zustandes in der Henne umfassen. Ferner umfasst
das Verfahren der Erfindung bevorzugt eine Stufe der Reinigung der
Antikörper
aus einer Dotterfraktion des Eis. Wiederum wird die Reinigungsstufe
mit Verfahren erzielt, die einem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt
sind. Eine derartige Person wird auch verstehen, dass die Boosting-Stufe
nicht darauf beschränkt
ist, vor der Stufe des Legens des Eis durchgeführt zu werden. Ein Booster
kann der gleichen Henne sogar während
oder nach der Stufe des Legens des Eis gegeben werden.
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Folglich
bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Geflügelei, das
einen Antikörper
der Erfindung enthält.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf einen isolierten
Dotter des Eis.
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Die
vorliegende Offenbarung beschreibt auch ein Verfahren und Zusammensetzungen
zur Verhinderung bzw. Vorbeugung von AEEC-assoziierten Erkrankungen. Viele Verfahren
könnten
verwendet werden, um die vorliegende Erfindung praktisch zu verwirklichen.
Es wird jedoch besonders angenommen, dass ein Verfahren, das die
Stufe des oralen Verabreichens eines Antikörpers der Erfindung, eines
Geflügeleis
und/oder eines isolierten Dotters, wie zuvor definiert, an einen
Säuger
aus kommerzieller Sicht besonders vorteilhaft ist. Nichtsdestoweniger
können
Verfahren, die eine parenterale Verabreichung des Antikörpers der
Erfindung umfassen, von Fachleuten auf dem Gebiet in Betracht gezogen
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Zusammensetzung der Erfindung wenigstens ein Element
bzw. einen Bestandteil, der gegen AEEC immunologisch aktiv ist,
und ein(en) biologisch verträgliches/verträglichen
Träger
oder Vehikel, wobei ein derartiges Element entweder ein Antikörper, ein
Geflügelei
oder ein isolierter Dotter, wie oben stehend definiert, ist. Zum
Herstellen der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können Verfahren,
die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind, eingesetzt werden. Wie hierin
verwendet, beziehen sich der Begriff "immunologisch aktiv" oder ein Verweis auf die immunologische Aktivität eines
Elements, wie z.B. eines Antikörpers
der Erfindung, in dieser Hinsicht auf die Fähigkeit eines solchen Antikörpers, eine
AEEC-Infektion bei einem Säuger
durch Binden an ein AEEC-Virulenz-assoziiertes Protein zu verhindern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "biologisch verträglich" auf ein Vehikel oder einen Träger, das/der
einem Säuger,
insbesondere Menschen und Tieren, in sicherer Weise ohne übermäßige negative
oder toxische Nebenwirkungen verabreicht werden kann. Ein derartiges
Vehikel oder ein derartiger Träger
kann für
zahlreiche Zwecke verwendet werden, z.B. Konservierungsmittel, Solubilisierungsmittel,
Stabilisierungsmittel, Benetzungsmittel, Emulgatoren, Süßungsmittel,
Färbemittel,
Duftstoffe, Salze, Puffer, Beschichtungs- bzw. Überzugsmittel oder Antioxidanzien
und dergleichen. Sie können
von Fachleuten auf diesem Gebiet unter Verwendung gut bekannter
Verfahren leicht hergestellt werden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird die Zusammensetzung der Erfindung in Form einer pharmazeutischen
oder nutrazeutischen Zusammensetzung formuliert. Die vorliegende
Erfindung stellt auch einen Lebensmittelzusatz, umfassend wenigstens
eines der oben genannten Elemente, bereit und umfasst ferner eine
Zusammensetzung, wie oben definiert. Es wird einem Fachmann auf
dem Gebiet klar sein, dass, obwohl die Zusammenset zungen der Erfindung
bevorzugt oral verabreicht werden, sie auf jedem anderen geeigneten Weg
verabreicht werden können.
Es ist in der Tat denkbar, dass sie mittels anderer Mittel gegeben
werden könnten.
Falls die Zusammensetzungen oral gegeben werden, können sie
in der Form von Tabletten, Kapseln, Pulver, Sirupen usw. sein.
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Die
Zusammensetzungen der Erfindung können in Verbindung mit pharmazeutischen
Zusammensetzungen, die im Fachgebiet bekannt sind, verwendet werden.
Beispielsweise könnte
man es vorteilhaft finden, eines der Elemente der Zusammensetzung
der Erfindung mit anderen Wirkstoffen zu kombinieren, die verwendet
werden können,
um andere(n) Erkrankungen als jene, die durch AEEC induziert werden,
zu behandeln oder vorzubeugen.
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Die
Menge an spezifischen Antikörpern,
die einem Menschen oder einem Tier verabreicht wird oder die in
der Zusammensetzung der Erfindung vorliegt, ist eine therapeutisch
wirksame Menge. Eine therapeutisch wirksame Menge eines Antikörpers ist
die Menge, die notwendig ist, um günstige Ergebnisse zu erhalten ohne übermäßig negative
Nebenwirkungen in dem Wirt, dem der Antikörper oder die Zusammensetzung
verabreicht wird, zu verursachen. Darüber hinaus ist eine wirksame
Menge eines Antikörpers
zum Behandeln einer speziellen Erkrankung eine Menge, die hinreichend
ist, die Symptome, die mit der Erkrankung zusammenhängen, zu
bessern oder auf irgendeine Weise zu verringern. Eine derartige
Menge kann als Einzeldosierung verabreicht werden oder sie kann
gemäß eines
Regimes bzw. Plans verabreicht werden, wodurch sie wirksam ist.
Die Menge kann die Erkrankung heilen, wird aber typischerweise verabreicht,
um die Symptome der Erkrankung zu bessern.
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Die
genaue Menge an Antikörper
oder an jeder der Komponenten in der Zusammensetzung und die Menge
der Zusammensetzung, die zu verabreichen ist, werden gemäß Faktoren,
wie z.B. dem Typ des zu behandelnden Zustandes, den anderen Inhaltsstoffen
in der Zusammensetzung, der Verabreichungsweise, dem Alter und Gewicht
des Säugers
usw. variieren. Ohne durch eine beliebige bestimmte Dosierung gebunden
zu sein, wird angenommen, dass z.B. für orale Verabreichung eine
tägliche
Dosierung von etwa 100 bis etwa 600 mg/kg lyophilisierten Eidotters,
enthaltend Antikörper,
die für
ein AEEC-Virulenz-assoziiertes Protein immunologisch spezifisch
sind, (üblicherweise
als Teil einer Zusammensetzung, wie oben angegeben, vorliegend)
zum Verhindern bzw. Vorbeugen einer Säuger-AEEC-Infektion bei einem
typischen Erwachsenen geeignet sein kann. Diese Dosierung kann so
oft wie erforderlich wiederholt werden. Typischerweise kann die
Verabreichung 1- bis 21-mal in einer Woche erfolgen. Wenn sich Nebenwirkungen
entwickeln, kann die Menge und/oder Häufigkeit der Dosierung verringert
werden.
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BEISPIEL
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Das
folgende Beispiel ist für
den breiten Bereich der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung
erläuternd
und soll ihren Umfang nicht beschränken. Es können darin Modifikationen und
Variationen gemacht werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Obwohl jedes beliebige Verfahren oder Material, das zu jenen, die
hierin beschrieben sind, ähnlich
oder äquivalent
ist, in der Praxis zum Testen bzw. Untersuchen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann, werden die bevorzugten Verfahren
und Materialien beschrieben.
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Zusammenfassung
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Die
Erfinder haben erfolgreich Eidotter-Antikörper gegen gereinigte Fusionsproteine
der bekannten Attaching-and-Effacing-Virulenzfaktoren
Eae, EspA, EspB, EspD und Tir und eines neuen mutmaßlichen
Attaching-and-Effacing-Virulenzfaktors
Paa produziert. Sie haben gezeigt, dass nur die Anti-Eae-, Anti-Tir-
und Anti-Paa-Antikörper
dazu in der Lage waren, die Entwicklung von Attaching-and-Effacing-(A/E)-Läsionen infolge des
homologen porcinen E. coli-Stammes ex vivo im Schweine-Ileum-Organkulturmodell
signifikant zu blockieren. Diese Antikörper waren auch dazu fähig, die
Entwicklung von A/E-Läsionen
infolge von Attaching-and-Effacing-E. coli, die aus zahlreichen anderen
Tierarten, wie z.B. dem Rind und Hund, und aus Menschen stammten,
einschließlich
sowohl 0157:H7- als auch Non-0157:H7-E. coli, zu blockieren. Schließlich haben
die Erfinder gezeigt, dass die Anti-Eae-Antikörper dazu fähig waren, die Entwicklung
von A/E-Läsionen
infolge der homologen Schweine- und 0157:H7-Human-Attaching-and-Effacing-E. coli
in vivo in einem Infektionsmodell an neugeborenen Schweinen signifikant
zu verringern. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass Hühnereidotter-Antikörper, die
für bestimmte
der Virulenzfaktoren, die an der Anheftung bzw. "Attachment"-und-"Effacement" beteiligt sind, spezifisch sind, dazu
fähig sind,
die bakterielle Infektion und die Entwicklung von intestinalen Läsionen im
Schwein zu blockieren und sind deshalb ein potentieller Kandidat
für die
Verwendung in der Behandlung von Infektionen, die durch Attaching-and-Effacing-E. coli
verursacht werden. Sie sind auch ein potentieller Kandidat als Futterzusatz
für eine
orale Verabreichung an Rinder, um 0157:H7- und andere Attaching-and-Effacing-E. coli
aus dem Intestinum zu eliminieren und die Kontamination von Fleisch
und nachfolgende Infektion von Menschen zu verhindern.
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Materialien und Methoden.
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Bakterienstämme, Plasmide
und Medien.
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E.
coli M155(pREP4rM) (Qiagen) wurde als der
Wirtsstamm für
rekombinante Proteine verwendet. Die porcine Attaching-and-Effacing-E.
coli (AEEC) P86-1390 (Serogruppe 045, Streptomycin-resistent, SmR) wurde an der Faculte de Medecine Veterinaire,
Saint-Hyacinthe, Que bec, Kanada aus einem 4-Wochen alten Schwein
mit Diarrhoe nach dem Absetzen ("postweaning
diarrhea") isoliert.
Der 045-Stamm P86-1390
induziert typische Attaching-and-Effacing(A/E)-Läsionen (Zhu et al., 1994, Infect
Immun. 62: 4153–4159;
Zhu et al., 1995, Can. J. Vet. Res. 59: 118–123) und seine genomische
DNA wurde als Matrize zum Amplifizieren der Virulenzfaktorgene verwendet,
wobei diese am "locus
of enterocyte effacement" (LEE)
getragen werden.
-
Für die Explantatmodellprovokation
(siehe Tabelle 2 für
die Merkmale der Stämme)
wurden Bakterien über
Nacht in Trypticase-Soja-Boillon (TSB, Difco) unter Rühren bzw.
Bewegung (150 U/min) bei 37°C
gezüchtet,
dann in Dubelcco's
modifiziertes Eagle-Medium (DMEM, GibcoBRL) transferiert und vor
der Verwendung bis zur frühen
exponentiellen Phase gezüchtet
(OD600 0,7, entsprechend näherungsweise
2,0 × 108 KbE, bestimmt mittels Verwendung spezifischer
Wachstumskurven). D-Mannose wurde in einer Endkonzentration von 1
% zu jeder Kulturbrühe
zugesetzt, um Typ-1-Fimbrien-vermittelte Adhärenz vor der Infektion zu minimieren.
-
Konstruktion von Fusionsgenen.
-
Das
3'-Ende (Carboxy)
des oder das gesamte (reife) eae-Gen, die espA-, espB- und espD-Gene,
das tir-Gen und das 3'-Ende
(Carboxy) oder das gesamte (reife) paa-Gen wurden mittels PCR unter
Verwendung der in Tabelle 3 aufgelisteten Primerpaare amplifiziert.
Die Amplikons wurden in den pGEM-TTM-Vektor
(Promega) inseriert und dann in den pQE-30TM-Expressionsvektor
(Qiagen) eingeführt,
wobei die geeignete Klonierungsstelle verwendet wurde (zwischen
BamHI- und SalI-Stellen
für die
eae-Carboxy-, espA-, espB-, espD-, paa-Carboxygene, zwischen BamHI
und SphI für
das reife eae-Gen
und zwischen HindIII und SacI für
das tir-Gen). Die Genfusionen wurden mittels Sequenzierung überprüft.
-
Produktion und Reinigung
von Fusionsproteinen.
-
Eine Übernacht-LB-Boillon-Vorkultur
wurde verwendet, um eine 1 Liter LB-Bouillon-Kultur zu inokulieren.
Die Zellen wurden bei 37°C
unter Schütteln
gezüchtet,
bis die OD600nm 0,7–0,8 betrug. Isopropylthiogalactosid
(IPTG) wurde dann zu einer Endkonzentration von 1 mM zugesetzt.
Nach Inkubation für
etwa 4 Stunden wurden die Zellen mittels Zentrifugation bei 4000 × g für 10 Minuten
geerntet und in zwei Volumen Puffer A (Qiagen) resuspendiert. Die
Proben können
zentrifugiert und das Pellet gefroren bei –70°C bis zur Verwendung gelagert
werden. Die Proben wurden bei Raumtemperatur aufgetaut und in Puffer
A resuspendiert. Ein mg/ml Lysozym und eine Endkonzentration von
100 μM PMSF
wurden zugesetzt. Die gesamte Suspension wurde 30 Minuten auf Eis
inkubiert und ultraschallbehandelt. Je ml Probe wurden 10 μg Rnase A
und 5 μg
Dnase 1 zugesetzt, und die Probe wurde nach Inkubation für 15 Minuten
auf Eis durch Zentrifugation bei 15.000 × g für 20 min geklärt. Der Überstand
wurde mit einer 50%igen Aufschlämmung
von Ni-NTA-Harz (Qiagen) in Puffer A (8 ml Aufschlämmung pro
Liter Zellen) gemischt. Nach sanftem Mischen in einem rotierenden
Röhrchen
für eine
Nacht wurde das Harz in eine Qiagen-Säule gegeben, mit Puffer A gewaschen,
bis die OD280nm kleiner als 0,01 war, mit
Puffer B (Qiagen) gewaschen, bis die OD280nm kleiner
als 0,02 war, mit 0,1 M Imidazol in Puffer B (20 ml pro Liter Zellen)
gewaschen und mit 0,25 M Imidazol in Puffer B (10 ml pro Liter Zellen)
eluiert. Die Fraktionen (1–1,5
ml), gesammelt nach dem Überschichten
mit der 0,25 M Imidazol-Elution, wurden mittels SDS-PAGE durch 15
% Acrylamid analysiert. Jene, die Proteine von Interesse enthielten,
wurden vereinigt, mittels der Lowry-Methode quantifiziert und bei –70°C gelagert.
-
Western-Immunblotting.
-
Affinitätssäulen-gereinigte
Proteine mit His-Tag wurden mit einem gleichen Volumen an 2× Laemmli- Puffer gemischt,
für 5 Minuten
gekocht, auf eine 15%ige SDS-PAGE aufgebracht und auf 0,2 μm Nitrocellulosemembran
(BioRad) elektrotransferiert. Die Blots wurden blockiert und gewaschen
mit 1 % Rinderserumalbumin (BSA) – 0,1 % TweenTM 20
in Tris-gepufferter Salzlösung
(TBS) und über
Nacht mit primären
Antikörpern,
einschließlich
RGS-His-Antikörper
(Qiagen) und den Anti-Eae, Anti-EspA, Anti-EspB, Anti-EspD und Anti-Tir, freundlicherweise
bereitgestellt von Dr. Gad Frankel und Dr. Frank Ebel, inkubiert.
Für die
Untersuchung der Antikörper
(IgY)-Produktion durch Hühner
wurden gereinigte IgY, die spezifisch gegen jeden der LEE-Virulenzfaktoren
gerichtet waren, als primäre
Antikörper
verwendet. Die Filter wurden dann mit sekundärem Ziege-Anti-Kaninchen- (1/1000),
Ziege-Rnti-Maus-
(1/1000) oder Kaninchen-Anti-Huhn- (1/5000) HRP-konjugiertem IgG
und mit H2O2-α-Chlornaphthol
als dem Substrat entwickelt.
-
Immunisierung der Tiere
und Antikörperreinigung.
-
Zwei
bis acht Legehennen wurden in ihrem Pectoralmuskel an mehreren Stellen
mit 50 μg
gereinigten Proteinen, die in unvollständigem Freund's Adjuvans emulgiert
waren, an den Tagen 1, 14, 28, 42 und 56 immunisiert. M15 (pREP4TM)-Gesamtproteine wurden als Negativkontrolle
für die
Antivirulenzfaktor-IgY-Produktion
verwendet. Eier wurden ab dem Tag 28 gesammelt und bei 4°C bis zur
Reinigung der Antikörper
aufbewahrt. Für
die Reinigung der Antikörper
wurden die Dotter von der Dottermembran und dem Eiweiß getrennt, vereinigt,
und es wurde 1 Volumen PBS 1× zugegeben.
Das gesamte Gemisch wurde homogenisiert, mit einem Volumen Chloroform
gemischt und bei 15000 × g
für 10
Minuten zentrifugiert. Eine orange-gefärbte Lösung, enthaltend den Vitellus,
eine gelbe halbfeste Emulsion der Lipide in Chloroform und eine
wässrige
Phase, enthaltend Hühner-IgY,
wurden dann von unten nach oben im Röhrchen beobachtet. Gereinigtes
IgY wurde mittels SDS-PAGE, gefärbt mit
Coomassie-Blau, und mittels Western-Immunblotting untersucht, wie
oben erläutert.
-
ELISA.
-
Die
Titer des Antivirulenzfaktors IgY in Dottereiern ("yolk eggs") wurden unter Verwendung
von Mikrotiterplatten (Immulon 2HB, Dynec), die mit 100 ng an gereinigten
Proteinen im Carbonatpuffer (pH 9,6) vorbeschichtet waren, bestimmt.
Gereinigtes IgY, das seriell in PBS (pH 7,4), enthaltend 1 % BSA
und 0,05 % Tween 20, verdünnt
war, wurde in die Wells gegeben und für 2 Stunden bei 37°C inkubiert.
Nach dreimaligem Waschen mit PBS, enthaltend 0,05 % TweenTM 20, wurden die gebundenen Antikörper durch
Zugeben von Kaninchen-Anti-Huhn-IgG
(1/25000), konjugiert mit Peroxidase, (Jackson Immuno Research Laboratories,
Inc.) detektiert. Nach einer 10-minütigen Enzym-Substrat-Reaktion
wurde die Extinktion bei 405 nm ausgelesen, und die Antikörpertiter
wurden als der log10 der reziproken Verdünnung ausgedrückt. Zum Überwachen
unspezifischer Reaktionen wurden die Extinktionen, die mit IgY aus
Hühnern,
die mit dem Gesamtproteinextrakt aus dem M14 (pREP4TM)-Stamm
immunisiert worden waren, von den Extinktionen abgezogen, die mit
den Untersuchungsproben erhalten wurden.
-
Antikörperextraktion aus Eidottern.
-
Virulenzfaktor-spezifisches
IgY wurde aus Eidottern mittels eines Verfahrens, das von [Akita
und Nakai, (1993) Immunol. Methods 18: 162(e): 155–164; 1993
Immunol. Methods 2: 160(2): 207–214]
beschrieben wurde, durchgeführt,
wobei einige Modifikationen erfolgten. Kurz gesagt, wurden Eidotter
vom Albumin befreit und dann auf ein (Hand)Tuch gegeben. Die Eidotter
wurden dann sanft auf dem (Hand)Tuch gerollt, um Albuminreste zu
entfernen, dann punktiert, um den Dotter ohne den Vitellus abzusaugen.
Ein gleiches Volumen an Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS)
wurde zu den Dottern gegeben, dann wurde mittels Vor tex-Schütteln homogenisiert.
Ein gleiches Volumen an Chloroform wurde zu der Lösung gegeben,
dann wurde gemischt bis ein festes Homogenat entstand. Die Präparation
wurde für
5 Minuten bei 14000 U/min zentrifugiert und der Überstand, der IgY enthielt,
wurde entfernt. Der Überstand
wurde vor der Verwendung lyophilisiert.
-
Sammlung und Kultur von
Explantatgeweben.
-
Die
Expantatkulturtechnik stammte von Zhu et al., 1994 (a.a.O.). Kurz
gesagt, wurden mukosale Gewebe aus dem Ileum von neu geborenen Ferkeln
aus einer konventionellen Herde, denen das Colostrum entzogen bzw.
vorenthalten wurde, erhalten. Die Ferkel wurden mit Ketaminhydrochlorid
beruhigt, bevor sie mit einer Überdosis
Pentobarbital eingeschläfert
wurden. Die Zeitspanne zwischen dem Tod und dem Beginn der Explantatkulturen
war näherungsweise
1 h, und jeder Stamm wurde in wenigstens 2 Ferkeln getestet. Nach dem
Sammeln wurde die Serosa vorsichtig entfernt und der Mucus wurde
mit einem sterilen Tupfer sanft abgestrichen. Die Gewebe wurden
in steriles RPMI 1640TM-Vollmedium (GibcoBRL) getaucht, auf
Eis in das Labor transportiert und für 30 Minuten auf eine Schüttelplattform
gegeben. Vor der Kultur wurden die Gewebe in Stücke von 5 × 5 mm geschnitten und mit
der Mucosaseite nach oben auf Biopsie-Schaumpads (Curtin Matheson Scientic,
Inc.) in mehrschalige Nunclon DeltaTM-Oberfläche-Gewebekulturplatten
mit vier Wells (Nalge Nunc International) gegeben. Ein Gewebe (nun
als Explantat bezeichnet) wurde auf jeden Schwamm mit einem Schwamm
pro Well gegeben. Zu den Wells wurde RPMI 1640-Vollmedium gegeben,
ohne die Explantate zu überschwemmen.
Die Platten wurden bei 37°C
auf einem Schüttler
(Position 2,5) in einer Atmosphäre
von 95 % O2 und 5 % CO2 inkubiert.
-
Inokulation und Untersuchung
von Explantaten.
-
Die
Explantate wurde dreimal in stündlichen
Intervallen mit 50 μl
Bouillon kultur (näherungsweise
1 × 107 KbE), aufgebracht auf die Mucosaoberfläche, infiziert
und für
8 Stunden inkubiert. Um einem Überwachsen mit
Bakterien und saurem pH vorzubeugen, wurden stündliche Austausche mit sterilem
frischem RPMI 1640TM-Vollmedium während der Kultur durchgeführt, womit
2 Stunden nach der ersten Explantatinfektion begonnen wurde.
-
Behandlung mit Antikörper im
Explantatmodell.
-
Bouillonkulturen
wurden bei 37°C
mit einem gleichen Volumen einer Zubereitung aus lyophilisiertem Antikörper, der
zuvor mit PBS rekonstituiert worden war, für 30 Minuten vor der Explantatinfektion
inkubiert.
-
Lichtmikroskopie.
-
Nach
der Kultur wurden die Explantate zur mikroskopischen Untersuchung
in 10%igem gepuffertem Formalin fixiert. Das gleiche Protokoll wurde
für Schnitte
aus in vivo experimentell infizierten neugeborenen Ferkeln verwendet.
Formalin-fixierte Schnitte wurden weiterhin in NylonTM-Gewebebiopsiebeuteln
(Shandon Inc.) gegeben, bearbeitet, in Paraffin eingebettet, zu
5 μm geschnitten
und gemäß Standardtechniken
mit Hämatoxylin,
Phloxin und Safranin (HPS) gefärbt.
Mit HPS gefärbte
Schnitte wurden mittels Lichtmikroskopie auf epitheliale eng bzw.
fest anhärierende
Bakterien ("epithelial
intimate-adherent bacteria")
untersucht. Jeder intakte Villus wurde auf das Vorhandensein von
fest adhärierenden
Bakterien untersucht und die Bewertung der mittleren Epitheloberfläche, die
mit fest adhärierenden
Bakterien bedeckt war, wurde gemäß einer
Skala von 0 bis 100 % durchgeführt.
-
Immunfluoreszenz.
-
Schnitte
auf Glasobjektträgern
wurden vor der Rehydrierung in progressiven Ethanollösungen für 5 Minuten
in Xylol entparaffiniert. Die Schnitte wurden in PBS gewaschen,
dann wurden die Antigenbindungsstellen in PBS-1 % BSA-0,1 % Tween
20-Lösung
bei 37°C
für 20
Minuten blockiert. Danach wurden die Schnitte in PBS gewaschen und
bei 37°C
für 20
Minuten mit einer 150-Verdünnung
primärer
Antikörper
(Escherichia coli Serotyping Laboratory, Kanada) entsprechend dem
spezifischen Serotyp des Stammes inkubiert. Nach dem Auswaschen
in PBS wurden die Schnitte bei 37°C
mit einer 1:200-Verdünnung
von FITC-konjubiertem Ziege-Anti-Kaninchen-Sekundärantikörper (Jackson
ImmunoResearch Laboratories Inc., USA) für 20 Minuten inkubiert. Schließlich wurden
die Schnitte mit 0,2 % Evan's
BlueTM (Fisher Scientific Company, USA)
gegengefärbt.
Montierte Schnitte wurden mit einem Leitz DiaplanTM-Mikroskop,
ausgerüstet
mit Epifluoreszenz, untersucht.
-
Transmissionselektronenmikroskopie
(TEM).
-
Kleine
Ileum-, Caecum- oder Colonschnitte (3 mm × 3 mm) wurden für 2 Stunden
bei Raumtemperatur in 2,5 % (V/V) Glutaraldehyd fixiert, dann in
Cacodylat-Puffer (0,1 M Cacodylat, pH 7,3) für 1,5 Stunden unter regelmäßigem Wechseln
gewaschen. Danach wurden die Gewebe für 1 Stunde bei Raumtemperatur
in 2 % Osminiumtetraoxid (OsO4) nachfixiert,
dann in Wasser für
1,5 Stunden unter regelmäßigem Wechseln
gewaschen, in abgestuften Ethanolreihen entwässert und schließlich in
Spurr-Harz (Marivac, Nova Scotia, Kanada) eingebettet. Dünne Schnitte
wurden auf Kupfernetzen montiert, mit Uranylacetat und Bleicitrat
gefärbt
und mit einem Philips 420TM-Transmissionselektronenmikroskop
bei 80 kV (Philips Electronics, Niederlande) auf AE-Läsionen untersucht.
-
Infektion von Ferkeln
und Provokation von Antikörpern
in vi vo.
-
22
neugeborene Ferkel aus einer konventionellen Herde wurden verwendet,
um die Wirkungen von Anti-eaeM-Antikörpern auf die bakterielle Adhärenz in
vivo zu testen. 12 Ferkeln wurde vor der Infektion mit dem porcinen
Stamm 1390 das Co lostrum vorenthalten, während die anderen 10 Ferkel
vor der Infektion mit dem humanen EHEC-Stamm 85-170 mit Colostrum
gefüttert
wurden. Alle Ferkel wurden in Käfigen
gehalten und während
des Versuchs mit Kondensmilch gefüttert. Die Ferkel der Gruppe
1 (1390-Infektion) wurden mit 1 × 1010 KbE
des 1390-EPEC-Stammes in 2 ml TSB-Bouillon für 2 Tage infiziert und erhielten
dann zweimal täglich
Eidotter von Hennen, die mit einem Sonikat bzw. Ultraschallbehandlungsprodukt
aus dem PREp15-Stamm immunisiert worden waren, als eine Adhärenzpositive
Kontrolle (n = 6) oder Eidotter aus Hennen, die mit EaeM-Fusionsprotein
immunisiert worden waren, (n = 6). Die Ferkel der Gruppe 2 (85-170-Infektion)
wurden mit 1 × 1010 KbE des 85-170-EHEC-Stammes in 2 ml TSB-Bouillon
für 2 Tage
infiziert und erhielten dreimal täglich in Milch rekonstituierte
lyophilisierte Eidotter aus Hennen, die mit einem Sonikat des PREp4-Stammes
immunisiert worden waren, als Adhärenz-positive Kontrolle (n
= 5), oder in Milch-rekonstituierte lyophilisierte Eidotter aus
Hennen, die mit EaeM-Fusionsprotein immunisiert worden waren, (n
= 5). Die Ferkel wurden täglich
auf jegliche klinischen Anzeigen für Diarrhoe überwacht und wurden 48 Stunden
nach der Erstinfektion nekropsiert. Die Ferkel wurden mit Ketaminhydrochlorid
beruhigt und dann mit einer Überdosis
Pentobaribtal-Lösung
eingeschläfert.
-
Ergebnisse und Diskussion
-
a) Produktion von Fusionsproteinen
-
Es
ist in der Literatur eindeutig gezeigt worden, dass das Intimin
(Eae) und die sekretierten Proteine Tir (Translocated intimin receptor),
EspA, EspD und EspB Virulenzfaktoren sind, die eine bedeutende Rolle
in der Pathogenese zahlreicher AEEC-Infektionen spielen und eine
Antikörperreaktion
hervorrufen könnten.
Ferner haben die Erfinder ein neues Protein, bezeichnet als Paa
(für "Porcine attaching
and effacing associated"), entdeckt,
das auch an der AEEC-Adhäsion
an Wirtszellen beteiligt ist (siehe Abschnitt d). Diese verschiedenen Virulenzfaktoren
wurden daher als gute Kandidaten für eine schützende Immunität und/oder
als Marker in einem diagnostischen Test angesehen. Es wurde angenommen,
dass es wichtig sein würde,
ein Fusionsprotein zu produzieren, wobei nur das C-terminale Ende
von Intimin (Eae-Carboxy), das an der Rezeptorerkennung beteiligt
ist, verwendet wird. Somit wurden sieben (7) Fusionsproteine produziert,
entsprechend den aufgelisteten Proteinen, im pQE30-Expressionsvektor,
der einen His6-Tag im Leseraster an das N-terminale Ende der Proteine
anfügt.
Primerpaare, die für
jeden der Virulenzfaktoren spezifisch waren, wurden ausgewählt, um
die gesamten (Eae, EspA, EspB, EspD, Paa, Tir) oder einen Teil (Eae-Carboxy)
der Proteine aus der genomischen DNA des enteropathogenen porcinen
E. coli-Stammes 1390 mittels PCR zu amplifizieren. Die Fusionsproteine wurden
mittels Western-Blot-Untersuchung detektiert, mit Anti-Histidin-Antikörpern und
mit Antikörpern,
die spezifisch gegen jeden der Virulenzfaktoren gerichtet waren,
sichtbar gemacht. Jedoch wurde das His-Paa-Protein nur in geringer
Menge detektiert. Da mittels des EXPASY-Programms vorhergesagt wird,
dass Paa instabil ist, wurde eine Fusion mit dem stabilen C-terminalen
Ende von Paa (Paa-Carboxy) durchgeführt.
-
Alle
Fusionsproteine wurden dann in großem Maßstab produziert und auf einer
Nickel-Affinitätssäule in hinreichenden
Mengen für
die Immunisierung von Hühnern
und zur Verwendung als Antigene im ELISA gereinigt. Die gereinigten
His-Eae-Carboxy-, His-Eae-, His-EspA-, His-EspB-, His-EspD-, His-Paa-
und His-Tir-Proteine
wurden erhalten.
-
b) Produktion und Reinigung
der Eidotter-Antikörper
-
Die
Immunisierung der Hühner
und die Antikörperreinigungstechnik
wurden ausgehend von modifizierten Techniken, wie sie in den Materialien
und Methoden beschrieben sind, durchgeführt. Die SDS-PAGE-Analyse zeigte
die Produktion von IgY bereits 28 Tage nach der Erstimmunisierung
mit den Proteinen His-Eae-Carboxy, His-Eae, His-EspA, His-EspB,
His-EspD, His-Paa und His-Tir.
-
c) Die Sensitivität und die
Spezifität
der Eidotter-Antikörper gegen
jedes der Proteine
-
Die
Western-Blot-Analyse zeigte, dass gereinigtes IgY homologe Fusionsproteine
erkannte. Der Titer des spezifischen IgY für jedes Protein wurde dann
mittels ELISA unter Verwendung homologer gereinigter Proteine als
Antigen gemessen. Die ELISA-Untersuchungsbedingungen wurden für jedes
Antigen bestimmt, und die Ergebnisse zeigten einen hohen Titer (> 1/25000) für jedes
spezifische IgY nach 42 Tagen. Die Fähigkeit jedes Antikörpers, das
korrespondierende native Antigen im homologen Stamm 1390 und in
AEEC-Stämmen aus
verschiedenen Tierarten zu detektieren, wurde auch untersucht. Es
schien jedoch, dass die untersuchten Bedingungen und/oder die Antigen-Präsentation
die Detektion einiger Virulenzfaktoren, wie z.B. Eae oder Paa, in
Wildtypbakterien mittels ELISA nicht begünstigten.
-
d) Fähigkeit spezifischer Antikör er, die
Entwicklun von A/E-Läsionen
in vitro im Schwein-Ileum-Organkulturmodell zu verhindern
-
• Erarbeitung des Modells
-
Die
erste Stufe dieser Arbeit war es, die Explantatkulturbedingungen
zu bestimmen, die eine AEEC-Adhärenz
an ileale und caecale Epithelzellen abgesetzter Ferkel erlauben
würden.
Es wurden unterschiedliche Bedingungen untersucht und eine schnelle
Technik zur mikroskopischen Untersuchung von Gewebeschnitten mittels
Lichtmikroskopie und Bestätigung
mittels Elektronenmikroskopie wurde aufgebaut (siehe Materialien
und Methoden). An Ileumexplantaten aus neugeborenen Ferkeln wurde
eine höhere
und beständigere Adhärenz des
1390-Stammes als an Explantaten aus abgesetzten Schweinen beobachtet.
Folglich wurde das Neugeborenes-Schwein-Explantatmodell in den nachfolgenden
Versuchen verwendet.
-
Die
Erfinder haben gezeigt, dass AEEC-Stämme, die aus Kaninchen, Schwein,
Hund, Rind und Mensch stammen (einschließlich Non-0157-EHEC und EPEC)
und Eae der α-, β-, δ- oder ε-Subtypen
produzieren, A/E-Läsionen
gleichermaßen
gut auf Ileumexplantaten aus einem neugeborenen Schwein induzierten (1).
Spezifischer zeigt 1 den mittleren prozentualen
Anteil intakter Villi, wobei die bakterielle Adhärenz auf Ileumexplantatschnitten
gezeigt wird. Stämme
aus verschiedenen Tierarten und aus Menschen zeigen eine ähnliche
prozentuale Adhärenz
im Vergleich zu dem homologen porcinen AEEC-Stamm 1390, abgesehen von jenen des
0157:H7-Serotyps (EC505, 43888, STJ348, 85-170, 43895, STJ854 und
STJ919 im Diagramm). Alle außer
den 0157:H7-Stämmen
sind signifikant verschieden von dem Stamm ICC-170 mit der Mutation
eae- (Negativkontrolle). Diese Daten validieren unser Modell für die Studie
der Expression des Attaching-and-Effacing-Phänotyps sowie für homologe
als auch für
heterologe Stämme,
abgesehen von jenen, die zum 0157:H7-Serotyp gehören. Die Ergebnisse sind als
Mittelwert ± Standardabweichung
des Mittelwerts dargestellt.
-
Andererseits
adhärierten
0157:H7-AEEC-Stämme,
die Eae des γ-Subtyps
produzieren, in einem viel geringeren Ausmaß am Ileumepithel. Jedoch resultierte
die Ersetzung des Eae des γ-Subtyps
durch das Eae des α-Subtyps
in einem 0157:H7-Stamm in der Induktion von A/E-Läsionen in
einem ähnlichen
Ausmaß,
wie es für
den homologen porcinen AEEC-Stamm beobachtet wurde (2).
Spezifischer zeigt 2 die Effekte des Intimin-Subtypaustauschs
von gamma zu alpha auf den mittleren prozentualen Anteil intakter
Villi, die eine bakterielle Adhärenz
des humanen 0157:H7-Stammes 85-170 zeigen, und zwar an Ileumexplantatschnitten. Der
komplementierte Doppelmutanten-Stamm
PCVD-438 (Intimin alpha aus dem humanen EPEC-Stamm E2348/69) zeigt
eine ähnliche
Adhärenz
wie der homologe porcine Stamm 1390. PICC-55 ist ein gamma-Intimin-Subtypkomplementierter
mutanter Stamm (ähnlich
zu dem Wildstamm 85-170). Diese Daten bestätigen das Problem des gamma-Intimin-Subtyps beim
Adhärieren
an das Ileumexplantatmodell.
-
Die
Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung des Mittelwerts
dargestellt. Diese Ergebnisse legen auch nahe, dass das Eae des γ-Subtyps
der 0157:H7-Stämme
Rezeptoren an porcinen ilealen Epithelzellen weniger gut erkennt
als das Eae der anderen bekannten Subtypen. Nichtsdestoweniger bestätigen diese
Ergebnisse, dass Schweineileumexplantate ein geeignetes Modell zur
Untersuchung des Effekts spezifischer Antikörper auf die Bildung von A/E-Läsionen durch
AEEC verschiedenen Ursprungs sind.
-
• Blockierung von A/E-Läsionen
-
Die
Fähigkeit
der spezifischen Antikörper,
die Entwicklung von A/E-Läsionen
ex vivo im Schweineexplantatkulturmodell und in vivo im Neugeborenes-Schwein-Infektionsmodell
zu verhindern, wurde mit dem homologen porcinen Stamm 1390 und verschiedenen
heterologen AEEC-Stämmen
untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Antikörper, die
für das
reife und den Carboxyterminus von Eae, Tir und Paa spezifisch sind, im
Falle des homologen porcinen Stammes 1390 dazu fähig sind, die Entwicklung von
A/E-Läsionen
in Ileumexplantaten für
den ho mologen Stamm 1390 zu blockieren (3). Spezifischer
zeigt die 3 den Effekt von Antikörpern auf
den mittleren prozentualen Anteil intakter Villi, die eine Adhärenz zeigen,
wenn sie mit dem porcinen Stamm 1390 infiziert werden. 1390-Anti-T(–) ist eine
Positivkontrolle für
die Adhärenz.
Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Abnahme der bakteriellen
Adhärenz
(* an der Spitze der Säule)
bei Anti-EaeC, Anti-EaeM,
Anti-Tir und Anti-PaaM. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung
des Mittelwerts dargestellt. Ein Kruskal-Wallis-Test wurde mit einer
im Handel verfügbaren
Software durchgeführt
und 2-mal-2-post hoc-Vergleiche
wurden erstellt, um die Unterschiede zwischen den Gruppen zu beurteilen;
P < 0,0001 wurde
als signifikant angenommen.
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass die Antikörper, die für das reife und den Carboxyterminus
von Eae, Tir und Paa spezifisch sind, im Falle des homologen porcinen
Stammes 1390 dazu fähig
sind, die Entwicklung von A/E-Läsionen
in Ileumexplantaten bei allen der untersuchten AEEC-Stämme aus
dem Kalb (4) und Mensch, wobei der letztere
sowohl 0157:H7-EHEC- (5 und 6) und EPEC-Stämme (7)
einschließt,
in signifikanter Weise zu blockieren. Die Anti-EspA, Anti-EspB und
Anti-EspD-Antikörper beeinträchtigten
die Entwicklung von A/E-Läsionen
durch einen beliebigen der untersuchten AEEC-Stämme
nicht, mit Ausnahme eines humanen EPEC-Stammes bei dem die Anti-EspA-Antikörper die
Entwicklung von A/E-Läsionen
signifikant blockierten (7). Anti-Paa-Antikörper blockierten
die Entwicklung von A/E-Läsionen
durch diesen humanen EPEC-Stamm nicht, der Eae, aber kein Paa produzierte.
Folglich wurden die Anti-reifes-Eae-, Anti-Tir- und Anti-Paa-Antikörper und
möglicherweise
die Anti-EspA-Antikörper
als potentielle Kandidaten zum Blockieren der Entwicklung von A/E-Läsionen in
vivo betrachtet.
-
Spezifischer
zeigt 4 den Effekt von Antikörpern auf den mittleren prozentualen
Anteil an intakten Villi, die eine Adhärenz zeigen, wenn sie mit dem
bovinen Stamm B00-H854 infiziert werden. B00-H854 stellt den Stamm
alleine dar, während
B00-H854-Anti-T(–)
eine Positivkontrolle für
die Adhärenz
ist. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Abnahme der bakteriellen
Adhärenz
(* über
der Säule)
bei Anti-EaeC, Anti-EaeM
und Anti-Tir und, in einem geringeren Ausmaß, bei Anti-PaaM. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung
des Mittelwerts angegeben. Ein Kruskal-Wallis-Test wurde mit einer
im Handel erhältlichen
Software durchgeführt,
und es wurden post hoc-2-mal-2-Vergleiche gemacht, um Unterschiede
zwischen den Gruppen zu beurteilen; P < 0,0001 wurde als signifikant angenommen.
-
5 zeigt
die Wirkung von Antikörpern
auf den mittleren prozentualen Anteil intakter Villi, die Adhärenz zeigen,
wenn sie mit dem humanen 0157:H7-EHEC-Stamm STJ348 infiziert werden.
STJ348 stellt den Stamm alleine dar, während STJ348-Anti-T(–) eine
Positivkontrolle für
die Adhärenz
ist und ICC-170 ein eae- mutanter Stamm ist, der als eine Negativkontrolle
verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Abnahme
der bakteriellen Adhärenz
(* über
der Säule)
bei Anti-Tir, Anti-EaeM und, in einem geringeren Ausmaß, bei Anti-PaaC
und Anti-EaeC. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung
des Mittelwerts dargestellt. Ein Kruskal-Wallis-Test wurde mit einer im Handel
erhältlichen
Software durchgeführt,
und es wurden post hoc-2-mal-2-Vergleiche gemacht, um Unterschiede
zwischen den Gruppen zu beurteilen; P < 0,0001 wurde als signifikant angenommen.
-
6 zeigt
den Effekt von Antikörpern
auf den mittleren prozentualen Anteil intakter Villi, die Adhärenz zeigen,
wenn sie mit dem humanen 0157:H7-EHEC-Stamm 85-170 infiziert werden.
85-170 stellt den Stamm alleine dar, während 85-170-Anti-T(–) eine
Positivkontrolle für
die Adhärenz
ist und ICC-170 ein eae- mutanter Stamm ist, der als Negativkontrolle
verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Abnahme
der bakteriellen Adhärenz
(* über
der Säule)
bei Anti-EaeM, Anti-Tir
und, in einem geringeren Ausmaß,
bei Anti-EaeC und Anti-PaaM. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung
des Mittelwerts dargestellt. Ein Kruskal-Wallis-Test wurde mit einer im Handel erhältlichen
Software durchgeführt,
und es wurden post hoc-2-mal-2-Vergleiche gemacht, um Unterschiede
zwischen den Gruppen zu beurteilen; P < 0,0001 wurde als signifikant angenommen.
-
Darüber hinaus
zeigt 7 den Effekt von Antikörpern auf den mittleren prozentualen
Anteil intakter Villi, die Adhärenz
zeigen, wenn sie mit dem humanen EPEC-Stamm E2348/69 infiziert werden.
E2348/69 stellt den Stamm alleine dar, während E2348/69-Anti-T(–) eine
Positivkontrolle für
die Adhärenz
ist. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Abnahme der bakteriellen
Adhärenz
(* über
der Säule)
bei Anti-EspA, Anti-EaeC, Anti-Tir
und Anti-EaeM. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung
des Mittelwerts dargestellt. Ein Kruskal-Wallis-Test wurde mit einer
im Handel erhältlichen
Software durchgeführt,
und es wurden post hoc-2-mal-2-Vergleiche
gemacht, um Unterschiede zwischen den Gruppen zu beurteilen; P < 0,0001 wurde als
signifikant angenommen.
-
e) Fähigkeit geeigneter Eidotter-Antikörper, die
Entwicklung von intestinaler Kolonisierung und Diarrhoe in vivo in
den experimentellen Infektionsmodellen mit neugeborenen und abgesetzten
Schweinen zu verhindern
-
Da
in vivo-Provokationsexperimente an Schweinen teuer und zeitaufwändig sind,
haben sich die Erfinder dazu entschieden, sich auf die Bewertung
des Effekts der Anti-Eae-Antikörper
auf die Entwicklung von A/E-Läsionen
in vivo zu konzentrieren. Unter Verwendung des Modells mit neugeborenen
Ferkeln, denen das Colostrum vorenthalten wurde ("colostrum-deprived
newborn piglet model"),
wurde gezeigt, dass eine orale Verabreichung der gereinigten Anti-Eae-Eidotter-Antikörper die
Entwicklung von A/E-Läsionen
im Caecum und Colon von Ferkeln, die mit dem homologen porcinen
AEEC-Stamm provoziert wurden, signifikant inhibierte (8A und 8B).
Spezifischer zeigt 8A die Antikörpereffekte im Caecum, während 8B die
Antikörpereffekte
im Colon zeigt. Anti-T(–)-Ergebnisse
sind von Ferkeln (n = 6), die Eidotter aus nicht-immunisierten Hennen erhielten und stellen
eine Positivkontrolle für
die Adhärenz
dar, während
Anti-EaeM Ferkel (n = 6) wiedergibt, die Eidotter erhielten, die
Anti-EaeM-Antikörper,
gerichtet gegen reifes Intimin, enthielten. Die Ergebnisse zeigen
eine signifikante Abnahme der bakteriellen Adhärenz bei Anti-EaeM im Vergleich
zu Anti-T(–). Die
Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung des Mittelwerts
dargestellt. Die statistische Analyse ist noch im Gange.
-
Da
0157:H7-AEEC-Stämme
eine bedeutende Ursache für
Probleme bei Menschen sind, wurde entschieden, sich auch auf die
Beurteilung des Effekts der Anti-Eae-Antikörper auf die Entwicklung von
A/E-Läsionen
in vivo in einem 0157:H7-Schweineprovokationsmodell zu konzentrieren.
Es ist zuvor gezeigt worden, dass 0157:H7-Stämme A/E-Läsionen in Colostrum-gefütterten
Ferkeln in einem größeren Ausmaß induzieren als
in Ferkeln, denen das Colostrum vorenthalten wurde. Unter Verwendung
eines Modells mit Colstrum-gefütterten
3-Tage-alten Schweinen haben die Erfinder gezeigt, dass eine orale
Verabreichung der gereinigten Anti-Eae-Eidotterantikörper auch
die Entwicklung von A/E-Läsionen
im Caecum und Colon von Ferkeln, die mit einem 0157:H7-REEC-Stamm
provoziert wurden, inhibierte (9A und 9B).
Spezifischer zeigt 9A die Antikörpereffekte im Caecum, während 9B die
Antikörpereffekte
im Colon zeigt. Anti-T(–)-Ergebnisse
stammen von Ferkeln (n = 5), die lyophilisierte Eidotter aus nicht-immunisierten
Hennen erhielten und stellen eine Positivkontrolle für die Adhärenz dar,
während
Anti-EaeM Ferkel (n = 5) darstellt, die lyophilisierte Eidotter
erhielten, die Anti-EaeM-Antikörper,
gerichtet gegen reifes Intimin, enthielten. Die Ergebnisse zeigen eine
Abnahme der bakteriellen Adhärenz
bei Anti-EaeM im Vergleich zu Anti-T(–). Die Ergebnisse sind als
Mittelwert ± Standardabweichung
des Mittelwerts dargestellt. Die statistische Analyse ist noch im
Gange.
-
Schlussfolgerung
-
Somit
haben die Erfinder erstmalig gezeigt, dass oral verabreichte Antikörper, die
für AEEC-Virulenz-assoziiertes
Protein, wie z.B. das Adhäsin
Eae, spezifisch sind, dazu fähig
sind, die Entwicklung von A/E-Läsionen
im lebenden Tier zu inhibieren. Darüber hinaus haben sie gezeigt,
dass Antikörper,
die für
das Eae des β-Subtyps,
produziert durch eine aus einem Schwein stammende AEEC, spezifisch
sind, dazu fähig sind,
die Entwicklung von A/E-Läsionen
durch eine 0157:H7-AEEC
humanen Ursprungs, die Eae des γ-Subtyps
produziert, zu inhibieren. Insgesamt zeigen diese ex vivo- und in
vivo-Ergebnisse, dass Antikörper,
die für das
Eae und Tir der porcinen AEEC spezifisch sind, für die Inhibierung der Entwicklung
von A/E-Läsionen durch
AEEC-Infektionen in den verschiedenen Tierarten und in Menschen
verwendbar sind. Für
Paa spezifische Antikörper
sind zumindest für
die Inhibierung der Entwicklung von A/E-Läsionen durch die AEEC, die
homolog zu dem für
die Herstellung der Paa-Antikörper
verwendeten Stamm sind, verwendbar. Tabelle
1. Serogruppen und Serotypen von AEEC
Tabelle
2. Bakterienstämme
und Merkmale
Tabelle
3. Primer und PCR-Produkte
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Obgleich
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hierin im Detail beschrieben und durch
die begleitenden Figuren erläutert
wurden, ist festzustellen, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass zahlreiche Änderungen
und Modifikationen darin bewerkstelligt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden
Erfindung, wie er in den Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.